JP5838308B2 - 太陽電池モジュール及び太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電を行うモジュール本体の周囲にフレームが装着された太陽電池モジュール及びこの太陽電池モジュールを建物の屋根上に並べて設置して使用される太陽光発電装置に関するものである。

建物の屋根上に設置される太陽光発電装置は、屋根上に鋼材やアルミニウム材などで構成された架台を取り付け、その上に複数の太陽電池モジュールを固定している。

太陽電池モジュールを屋根の上に取り付ける方法としては、さまざまな方法が提案されている。特許文献１には、屋根上での施工時に、太陽電池モジュールに乗ることなく簡単に設置固定ができる太陽光発電装置が提案されている。

図４３に従い、この特許文献１に記載された太陽光発電装置を説明する。

図４３に示すように、太陽電池モジュール２５０のカバー部材構造は、棟側方向のカバー部材２０３と軒側方向のカバー部材２０４の形状が異なる。棟側において、太陽電池パネル２０１を支持するカバー部材２０３は、受光面側２０８に設けられた上フランジ２０３ａを有し、軒側方向においては、太陽電池パネル２０１を支持するカバー部材２０４は、受光面側２０８に設けられた上フランジ２０４ａと太陽電池モジュールの非受光面側２０９に設けられた下フランジ２０４ｂを有する。

架台となる横ラック２０７の断面構造においては、軒側方向にカバー部材２０３の上フランジ２０３ａを受ける受部２３１を有する。棟側方向にはカバー部材２０４の上フランジ２０４ａおよび突起部２０４ｃが嵌合するための凹部２０７ｂを有する。更にカバー部材２０４の上フランジ２０４ａの根元部を支持できるような突起部２０７ｈを有する。また、横ラック２０７は、カバー部材２０４の下フランジ２０４ｂが収まるような凹部２０７ａを有する。凹部２０７ａと凹部２０７ｂによって架台の凸部２０７ｃが形成される。

また、横ラック２０７の上面部には突起部２０７ｇおよび突起部２０７ｆが設けられており、挟持部材２０６の突起部２０６ａおよび突起部２０６ｂがそれぞれ嵌合できる構造となっている。

ビス２０５が挿通する箇所の横ラック２０７上面には、空間２１５が設けられている。

上記した構造の太陽電池モジュール２５０を横ラック２０７に取り付ける方法につき簡単に説明する。太陽電池モジュール２５０の軒側カバー部材２０４の上フランジ２０４ａと下フランジ２０４ｂと垂直壁部２０４ｄで構成される略コの字型の空間に、横ラック２０７の棟側上面部付近（横ラック棟側上面突起部２０７ｈ）を入れ込んで、前述の空間の内壁に接触させる。その後は接触部分を中心にして太陽電池モジュール２５０の棟側を屋根面方向に倒していくことで、上フランジ２０４ａの先端部が横ラック２０７の凹部２０７ｂまで誘導され、今度は上フランジ２０４ａ先端部を回転中心に太陽電池モジュール２５０を屋根面２１２方向に回転させる。

そして、上フランジ２０４ａの途中に設けられた突起部２０４ｃの先端部が横ラック２０７の棟側上面の溝部２０７ｂに接触し、今度は突起部２０４ｃの先端部が回転中心となって太陽電池モジュール２５０を回転させる。

軒側カバー部材２０４の上フランジ２０４ａの途中にある突起部２０４ｃの先端部を中心に回転を始めてからは、前述の下フランジ２０４ｂの先端部は、凹部２０７ａの上面に近づくように、太陽電池モジュール２５０と横ラック２０７が嵌合される。

太陽電池モジュール２５０の棟側カバー部材２０３の上フランジ２０３ａが横ラック７の受部２３１に受け止められた状態である。そして、横ラック２０７の上面部の突起部２０７ｇおよび突起部２０７ｆに、挟持部材２０６の突起部２０６ａおよび突起部２０６ｂをそれぞれ嵌合させ、挟持部材２０６と棟側カバー部材２０３とをビス２０５で固定されている。太陽電池モジュール２５０の軒側カバー部材２０４を取り付けるまでに、挟持部材２０６と棟側カバー部材２０３とがビス２０５で固定されている。

特開２００７−２６６４４６号公報

上記した太陽光発電装置によれば、太陽電池モジュール２５０の軒側カバー部材２０４を取り付ける前に、挟持部材２０６を取り付けているので、挟持部材２０６を取り付けるために、太陽電池モジュール２５０をまたぐ必要はなくなり、施工者は、太陽電池モジュール２５０の上に乗らずに施工ができるため、高い施工効率を得ることができる。

上記の太陽光発電装置においては、挟持部材２０６を用いて、太陽電池モジュール２５０を架台となる横ラック２０７に挟持して固定する。このため、架台と太陽電池モジュール以外に挟持部材という別部品が必要となり、部品点数が多くなるという問題がある。

本発明は、部品点数を増加させることなく、施工時に太陽電池モジュール上に乗らずに設置作業が行える装置を提供することにある。

本発明は、フレーム取付部が設けられた一対の横桟間に設置される太陽電池モジュールであって、矩形状の太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの上辺に取り付けられ前記フレーム取付部の上面部に載置される上フランジを有する上辺フレームと、前記太陽電池パネルの下辺に取り付けられ、軒側に延びる上下フランジを有し、軒側に配置された太陽電池モジュールの前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において前記上下フランジで挟み込む下辺フレームと、を備える。

また、本発明は、建物の屋根上に設置される太陽光発電装置であって、フレーム取付部が設けられた横桟と、矩形状の太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの上辺に取り付けられ前記フレーム取付部の上面部に載置される上フランジを有する上辺フレームと、前記太陽電池パネルの下辺に取り付けられ、軒側に延びる上下フランジを有する下辺フレームと、を備える太陽電池モジュールと、を有し、前記一対の横桟を所定間隔で屋根上に設置し、軒側に配置された太陽電池モジュールの前記上辺フレームの上フランジが前記取付部の上面部に載置され、棟側の太陽電池モジュールの下辺フレームの上下フランジで前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において挟み込んで固定する。

本発明は、横桟より軒側に位置する太陽電池モジュールの上辺フレームの上フランジを介して横桟のフレーム取付部を下辺フレームの上下フランジで挟み込み、上辺フレームと下辺フレームとが固定されるので、吹き上げ荷重に強く太陽電池モジュールが固定される。

本発明の実施形態の太陽電池モジュールを受光面側から示す平面図である。 本発明の実施形態の太陽電池モジュールを裏面側から示す背面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールに用いられる下辺フレームを示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールに用いられる上辺フレームを示す断面図である。 本発明の実施形態の太陽電池モジュールに用いられる側辺フレームを示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す側面図である。 本発明の実施形態の太陽光発電装置に用いられる横桟を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示し、太陽電池モジュールが吹き上げ荷重により浮き上がった状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態の太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示し、太陽電池モジュールが吹き上げ荷重等により棟側に移動した状態を示す要部拡大断面図である。 屋根上に本発明に用いられる横桟を固定するためのスレート金具を取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を仮固定する状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を仮固定する状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を仮固定する状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を固定した状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を横桟ゲージで位置合わせして仮固定する状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟を横桟ゲージで位置合わせして仮固定する状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けたスレート金具に本発明に用いられる横桟にケーブルクリップ取り付けた状態を示す斜視図である。 屋根上に本発明に用いられる横桟を取り付けた状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に軒カバーを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付けた状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付けた状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に太陽電池モジュールを取り付ける状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に棟カバーを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に棟カバーを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟にアース金具を取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟にアース金具を取り付ける状態を示す斜視図である。 本発明に用いられるアース金具を示す正面図である。 本発明に用いられるアース金具を示す平面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟にアース金具を取り付けた状態を示す断面図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に横桟カバーを取り付ける状態を示す斜視図である。 屋根上に取り付けた本発明に用いられる横桟に横桟カバーを取り付ける状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の太陽光発電装置の太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態の太陽光発電装置の太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。 本発明の第４の実施形態の太陽光発電装置の太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。 従来の太陽電池モジュールのカバー部材、横ラックおよび挟持部材を示す要部拡大断面図である。

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１に示すように、本発明の太陽電池モジュール１０は、矩形状の太陽電池パネル１と、太陽電池パネル１の周縁部に取り付けられたフレーム３、４、５と、を備えている。

下辺フレーム３は、太陽電池パネル１の長辺側の一辺に取り付けられる。この下辺フレーム３が取り付けられた側が屋根の軒側に配置される。上辺フレーム４は、太陽電池パネル１の長辺側の他辺に取り付けられる。この上辺フレーム４が取り付けられた側が屋根の棟側に配置される。側辺フレーム５は、太陽電池パネル１の一対の短辺側に沿ってそれぞれ設けられる。

下辺フレーム３、上辺フレーム４、側辺フレーム５は、それぞれ長手方向の終点部において互いに連結されており、これらフレーム３、４、５によって太陽電池パネル１が保護されている。このような太陽電池モジュール１は、後述するように、設置用の横桟６に取り付けられて用いられる。例えば、側辺フレーム５の長さは８００ｍｍ程度、下辺フレーム３、上辺フレーム４の長さは１５００ｍｍ〜１６００ｍｍ程度に形成されているが、これに限られるものではなく、種々の大きさとすることができる。

太陽電池パネル１は、平面視において略矩形に形成される。太陽電池パネル１は、図１に示すように、複数の太陽電池１ａが互いに配線材１ｂにより電気的に接続され、透光性を有する表面部材と、耐侯性を有する裏面部材との間に、耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（エチレン酢酸ビニール共重合樹脂）等の透光性を有する封止材により封止されている。

また、配線材１ｂにより直列に接続された複数の太陽電池１ａは…、１単位ユニットであるストリングを構成している。これらストリング間は接続用配線、いわゆる渡り配線１ｃにより接続されている。更に、これら太陽電池１ａからの出力を外部に引き出すための引き出し線１ｄが接続されている。

この太陽電池１ａは、例えば、厚みが０．１５ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、１辺が１００ｍｍ程度の略正方形を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。

この太陽電池１ａは、例えば、ｎ型領域とｐ型領域を有し、ｎ型領域とｐ型領域との接合部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。太陽電池１ａは、裏面にｎ型領域及びｐ型領域を備える裏面接合型の太陽電池であっても良い。

表面部材は、太陽電池１ａに光を入射させる光透過性の板材であり、例えば、白板ガラス、強化ガラス、熱反射ガラス等のガラス板やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂板が用いられる。

裏面部材は、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、或いはこれらを積層したものや、アルミニウム箔を間に挟んだＰＥＴフィルムなどが用いられる。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１の周縁部に絶縁性パッキンやシリコーン樹脂等を用いて上記フレーム３、４、５に嵌め込まれる。

また、図２に示すように、太陽電池モジュール１０の裏面には端子ボックス１ｅが取り付けられ、この端子ボックス１ｅからケーブル１ｆ、１ｆに太陽電池パネル１で発電した電力が供給される。

図３ないし図５に示すように、下辺フレーム３、上辺フレーム４及び側辺フレーム５は、例えば、アルミニウム、鉄、或いはステンレス鋼等で形成され、押し出し成形等で作成される。

図３に示すように、下辺フレーム３は、中空構造の本体部３２、本体部３２の上部に位置し、太陽電池パネル１の周縁部をブチルゴムなどの絶縁性樹脂からなる絶縁性パッキンやシリコーン樹脂等を介して嵌め込む断面Ｃ字状の嵌合部３０を有する。

更に、下辺フレーム３は、嵌合部３０の上辺に連接して後述する横桟６のフレーム取付部と係合する上フランジ３１が設けられている。上フランジ３１の先端には下方部に延びる突起部３１ａが設けられている。本体部３２の中ほどには上フランジと３１と対向して下フランジ３４が設けられ、下フランジ３４の先端には上方向に延びる突起部３４ａが設けられている。

また、本体部３２には、本体部３２の下辺に連接して太陽電池パネル１側に延びるフランジ３３が設けられている。更に、本体部３２には、側辺フレーム５を取り付けるためのねじ部３５が設けられている。下辺フレーム３と側辺フレーム５とは、側辺フレーム５にねじを通し、ねじをねじ部３５にねじ込んで固定される。

図４に示すように、上辺フレーム４は、中空構造の本体部４２、本体部４２の上部に位置し、太陽電池パネル１の周縁部をブチルゴムなどの絶縁性樹脂からなる絶縁性パッキンやシリコーン樹脂等を介して嵌め込む断面Ｃ字状の嵌合部４０を有する。

更に、上辺フレーム４は、嵌合部４０の上辺に連接して横桟６のフレーム取付部６２に載せられ、下辺フレーム３１に挟み込まれる上フランジ４１が設けられている。上フランジ４１の先端には上方部に延びる突起部４１ａが設けられている。

また、本体部４２には、本体部４２の下辺に連接して太陽電池パネル１側に延びるフランジ４３が設けられている。更に、本体部４２には、側辺フレーム５を取り付けるためのねじ部４５が設けられている。上辺フレーム４と側辺フレーム５とは、側辺フレーム５を介したねじをねじ部４５に挿入し、固定する。

図５に示すように、側辺フレーム５は、本体部５２、本体部５２の上部に位置し、太陽電池パネル１の周縁部をブチルゴムなどの絶縁性樹脂からなる絶縁性パッキンやシリコーン樹脂等を介して嵌め込む断面Ｃ字状の嵌合部５０を有する。

更に、本体部５２の下辺に連接して太陽電池パネル１側に延びるフランジ５３が設けられている。

図６は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す断面図、図７は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す側面図である。

図６及び図７に示すように、屋根１００上に、架台としてのレール状の横桟６が屋根１００の傾斜方向（軒から棟への方向）と直角に交差する方向に一定間隔毎に押さえ金具１０１と嵌合して固定される。押さえ金具１０１は、屋根１００に固定されたスレート金具１１０に、ボルトとナット１０２により固定されている。

固定された横桟６、６は互いに平行であって、いずれも屋根１００の横方向に延びている。屋根１００の傾斜方向に隣接する横桟６、６同士は、フレーム３、４、５を周囲に取り付けた太陽電池モジュール１０の縦幅（屋根１００に設置された状態で屋根の傾斜方向に沿う幅）に応じた間隔を置いて設けられている。

一対の横桟６、６間に、下辺フレーム３と上辺フレーム４とをそれぞれ係合させて、太陽電池モジュール１０が取り付けられる。図７に示すように、太陽電池モジュール１０は、下辺フレーム３と上辺フレーム４に側辺フレーム５がねじ１１を用いて取り付けられている。

軒側の横桟６のフレーム取付部６２には、横桟６より軒側に位置する太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１が載置され、上フランジ４１を介して横桟６のフレーム取付部６２を下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込み、上辺フレーム４と下辺フレーム３とが固定される。軒側に位置する太陽電池モジュール１０の上辺側フレーム４を棟側に位置する太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３で挟み込んで横桟６に固定しているので、吹き上げ荷重に強く固定されることになる。

この図６、図７に示す第１の実施形態では、上辺フレーム４のフランジ４１をねじ７により、横桟６に固定し、更に固定力を増大させている。

また、最も棟側よりに配置される横桟６には、棟カバー１７がねじ８を用いて取り付けられ、最も軒側よりに配置される横桟６には、軒カバー１６がねじ７を用いて取り付けられる。なお、棟カバー１７は、下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４と同様に形成された上下フランジを有する。そして、横桟６のフレーム取付部６２の上に載置された上辺フレーム４の上フランジ４１を棟カバー１７の上下フランジで挟み込み、上辺フレーム４を横桟フレーム６に挟み込んで固定する。太陽電池モジュール１０の上辺側フレーム４を棟カバー１７で挟み込んで横桟６に固定されるので、最も棟側に位置する太陽電池モジュール１０も吹き上げ荷重に強く固定されることになる。

横桟６について、図８を参照して説明する。図８は、横桟を示す断面図である。図８に示すように、横桟６は、例えば、アルミニウム、鉄、或いはステンレス鋼等で形成され、押し出し成形等で作成される。

横桟６は、中空構造の本体部６０の上方に連接してフレーム取付部６２が形成されている。フレーム取付部６２は、上辺フレーム４の上フランジ４１が載置される上面部６６と、棟側方向に下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４と係合するために棟側に突出した係合部６７を有する。上面部６６には、上辺フレーム４の上フランジ４１がねじ止めされる溝６６ａが形成されている。

係合部６７に、下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４を掛けて太陽電池モジュール１０を下方向に回転させて落とし込んで係合させる。このため、下フランジ３４が上手く落とし込まれるように、係合部６７の棟側から軒側に向けてテーパー面６７ａが設けられる。係合部６７の根元部は、下フランジ３４の突起部３４ａと当接する当接面６７ｂが形成される。この当接面６７ｂと上面部６６との間の高さｈ３は、前述したように、上辺フレーム４のフランジ４１を上面部に６６に載せ、そして、下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込んだ際に、しまりばめを構成する寸法にされる。

また、テーパー面６７ａと当接面６７ｂとの間には、凹部６７ｃが設けられている。この凹部６７ｃは、太陽電池モジュール１０が吹き上がり上方に移動した際に、下辺フレーム３の下フランジ３４の突起部３４ａと係合する。凹部６７ｃに突起部３４ａが係合することにより、太陽電池モジュール１０の浮き上がりが抑制される。

本体部６０の棟側には下辺フレーム３の本体部３２の下辺と当接する上辺部６０ａとこの上辺部６０ａに連接する上フランジ６０ｃを有している。上フランジ６０ｃは、太陽電池モジュール１０を固定する際に、太陽電池モジュール１０が屋根１００上に落下するのを防止するために、太陽電池モジュール１０側に延びて形成されている。

また、本発明では、上下に位置する太陽電池モジュール１０をそれぞれのフレームを重ねて挟み込むように形成している。このため、横桟６のフレーム取付部６２の屋根の傾斜方向の寸法を小さくでき、太陽電池モジュール１０、１０間の距離を小さくできる。太陽電池モジュール１０、１０間の距離を小さくできることから、屋根の傾斜方向に対する横桟６の本体部６０の大きさを小さくして、材料を少なくすることが可能である。また、屋根面における太陽電池モジュール１０の設置スペースを小さくすることができる。また、同じ設置スペースでより多くの太陽電池モジュール１０を設置することができる。

尚、屋根の傾斜方向に対する横桟６の本体部６０の大きさを小さくすると、本体部６０の上辺部６０ａの大きさも小さくなる。しかし、本実施形態では、上述したように、辺部６０ａに連接して上フランジ６０ｃを形成しているので、太陽電池モジュール１０が屋根１００上への落下を防止できる。

本体部６０の軒側には、上辺フレーム４の本体部４２の下辺と当接する上辺部６０ｂが形成されている。そして、軒側の本体部６０には、軒カバー１６の後端部と係合する溝６９が形成されている。

更に、本体部６０の下辺の軒側及び棟側にそれぞれ下フランジ６１、６１が設けられ、この下フランジ６１、６１の先端部には、上方に延びる突起部６１ａが設けられている。この下フランジ６１の突起部６１ａに押さえ金具１０１が嵌合され、屋根１００上に横桟６が固定される。

また、横桟６には、横桟カバーを取り付けるためのねじ部６５が設けられている。

図９は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。図９を参照して、横桟６の上下に位置する太陽電池モジュール１０、１０の下辺フレーム３、上辺フレーム４及び横桟６との固定態様につき説明する。

横桟６の本体部６０の上辺部６０ｂには、軒側に配置される太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の本体部４２の下辺が当接するとともに、横桟６のフレーム取付部６２の上面部６６上に、上辺フレーム４の上フランジ４１が載置される。そして、本実施形態では、横桟６の上面部６６と、軒側に配置される太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１とがねじ７を用いて固定される。

また、横桟６のフレーム取付部６２に設けられた係合部６７は、棟側に配置される太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４に係合させる。

フレーム取付部６２の上面部６６に上辺フレーム４の上フランジ４１が載置される。次に、上辺フレーム４の上フランジ４１上に下辺フレーム３の上フランジ３１が掛けられる。そして、上フランジ４１に下フランジ３１が掛けられた状態で、棟側に配置される太陽電池モジュール１０を下方向に回転させて落とし込まれる。このようにして、下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で上辺フレーム４の上フランジ４１を横桟６との間に挟み込んで、上辺フレーム４、横桟６、下辺フレーム３とが固定される。

下フランジ３４は、係合部６７の棟側から軒側に向けてテーパー面６７ａに沿って上手く落とし込まれ、係合部６７の根元部の当接面６７ｂと下フランジ３４の突起部３４ａとが当接する。また、上フランジ３１の突起部３１ａは、上辺フレーム４の上フランジ４１の表面と当接している。この当接面６７ｂと上面部６６との間の高さｈ３は、前述したように、上辺フレーム４のフランジ４１を上面部に６６に載せ、そして、下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込んだ際に、しまりばめを構成する寸法に形成される。

上記したように、突起部３１ａと突起部３４ａの間の高さｈ１は、上辺フレーム４のフランジ４１の厚さｈ２と横桟６のフレーム取付部６２の高さｈ３を合計した寸法より、加工公差を考慮して、同じか少し小さく設定している。横桟６のフレーム取付部６２に上辺フレーム４のフランジ４１が挟み込まれた際に、しまりばめの状態で下辺フレーム３１の上下フランジ３１、３４間に固定される。このように、横桟６では、軒側に位置する太陽電池モジュール１０の上辺側フレーム３を棟側に位置する太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３で挟み込んでいるので、吹き上げ荷重に強く固定されることになる。

図１０は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示し、太陽電池モジュールが吹き上げ荷重により浮き上がった状態を示す要部拡大断面図である。図１０を参照して、太陽電池モジュール１０が吹き上げ荷重により浮き上がった場合につき説明する。

太陽電池モジュール１０が吹き上がり荷重により浮き上がり、万が一、フレーム取付部６２の係合部６７に沿って下辺フレーム３の下フランジ３４が移動しても、テーパー面６７ａに至るまでの間に形成された凹部６７ｃに、下辺フレーム３の下フランジ３４の突起部３４ａと係合する。凹部６７ｃと突起部３４ａが係合することにより、太陽電池モジュールの１０の上方への移動が規制され、太陽電池モジュール１０の浮き上がりが抑制される。

横桟６では、軒側に位置する太陽電池モジュール１０の上辺側フレーム３を棟側に位置する太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３で挟み込んでいるので、吹き上げ荷重に強く固定されるが、万が一、太陽電池モジュール１０が浮き上がって、横桟６の上方向に移動しても、凹部６７ｃと突起部３４ａにより、それ以上の移動は規制され、太陽電池モジュール１０の浮き上がりは防止される。また、浮き上がり荷重が無くなると、重力により、凹部６７ｃから突起部３４ａは外れ、係合部６７の根元部まで移動し、図９に示す状態に復帰する。

図１１は、本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示し、太陽電池モジュール１０が吹き上げ荷重等により棟側に移動した状態を示す要部拡大断面図である。図１１を参照して、太陽電池モジュール１０が吹き上げ荷重等により、棟側に移動した場合につき説明する。

太陽電池モジュール１０が吹き上がり荷重等により棟側に移動した場合には、横桟６のフレーム取付部６２に固定された軒側に位置する太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１の先端突起部４１ａに下辺フレーム３の上フランジ３１の先端突起部３１ａが係合する。この上辺フレーム４の先端突起部４１ａと下辺フレーム３の先端突起部３１ａが係合することにより、太陽電池モジュール１０の移動が抑制される。また、吹き上げ荷重等が無くなると、重力により、図９に示す状態に復帰する。

次に、本発明の太陽電池モジュールを屋根上に設置する施工手順につき、図１２ないし図３８を参照して説明する。

図１２に示すように、屋根１００上に施したスレート金具墨１１０ａ等を元にして、スレート金具１１０をねじ１１１で固定する。このスレート金具１１０を固定する屋根１００には、金属製のベース板金を予め取り付けていても良い。

このスレート金具１１０には、一対の逆Ｕ字状の押さえ金具１０１が設けられている。この押さえ金具１０１はナット１０２を緩めることにより、屋根１０の勾配に沿った方向に移動可能なように構成されている。

屋根１００上に所定の位置に所定の数のスレート金具１１０を取り付けた後、横桟６の取り付け作業を行う。まず、図１３に示すように、横桟６の端部を基準縦墨１１０ｂに合わせて、仮固定する。横桟６をつなぎ合わせる場合には、横桟６の本体部６０の形状に合わせて形成した横桟ジョイントを用いてつなぎ合わせる。

図１４に示すように、軒側に位置する横桟６の本体部６０の下フランジ６１に設けられた突起部６１ａと押さえ金具１０１の逆Ｕ字部分を確実に嵌合させ、ナット１０２を締め付けて固定する。そして、図１５に示すように、棟側の押さえ金具１０１を移動させ、図１６に示すように、棟側の下フランジ６１に設けられた突起部６１ａと押さえ金具１０１の逆Ｕ字部分を確実に嵌合させ、ナット１０２を締め付けて固定する。

続いて、図１７及び図１８に示すように、２段目以降は、横桟６を仮固定した後、横桟ゲージ１２０を用いてピッチを決めながら横桟６を固定する。横桟６を全て固定した後、横桟６に横桟ジョイントを用いた連結部分がある場合には、ねじ等で確実に連結する。

横桟６を全て固定すると、図１９に示すように、太陽電池モジュール１０からの配線ケーブル１ｆを保持するクリップ１２３を横桟６の棟側つばに取り付ける。このクリップ１２３に沿って、配線ケーブル１ｆが保持される。また。棟側の横桟６には、アース線１２１が取り付けられる。後述するが、太陽電池モジュール１０のアースは、横桟６を介して接続されるが、横桟６、６間は横桟６と太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３との間にアース金具を圧入して接続するように構成している。尚、図２０において、線１２２で示したものは、配線ケーブル１ｆが案内される例を示している。

図２１に示すように、軒カバー１６を一番軒側の横桟６に取り付ける。軒カバー１６は、横桟６の本体部６０の溝に軒カバー１６の後端部を係合させ、ねじ７を用いて、横桟６に取り付ける。

続いて、図２２ないし図２４に示すように、横桟６、６に太陽電池モジュール１０を取り付ける。太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３側を図２３に示すように、軒側の横桟６に載せる。軒側の横桟６のフレーム取付部６２の上面部６６に、下辺フレーム３の上フランジ３１の突起部３１ａを載せる。そして、図２４に示すように、太陽電池モジュール１０を屋根１００側に倒して、太陽電池モジュール１０を落とし込み、横桟６のフレーム取付部６２の係合部６７を下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込む。そして、棟側の横桟６のフレーム取付部６２の上面部６６に上辺フレーム４の上フランジ４１を載せる。その後、太陽電池モジュール１０を軒側に寄せる。

図２５に示すように、２枚目以降の太陽電池モジュール１０もケーブル１ｆ、１ｆを接続しながら同様に取り付ける。図２６に示すように、各段の太陽電池モジュール１０の結線が終わった時点で、位置の微調整を行う。その後、図２７に示すように、太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１と横桟６とをねじ７で固定する。この例では、１枚の太陽電池モジュール１０に対して５本のねじ７で固定している。このねじの固定作業は、横桟６の棟側の屋根１００上に作業者が乗った状態で行える。このため、滑りやすい太陽電池モジュール１０の上に乗る必要はなくなり、作業性が向上する。

ところで、太陽電池モジュール１０と架台となる横桟６よりなる太陽光発電装置は、全ての太陽電池モジュール１０を接地している。この時、各太陽電池モジュール１０にアース線を取り付けて接地しても良いが、多くの材料がかかる上に、作業が煩雑になり工数が増える。そこで、太陽光発電装置を電気的に一体にして１本のアース線１２１で接地するように構成している。

図２７に示すように、太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４と横桟６は、金属製のねじ７により貫通して固定されることで、電気的に一体となっている。しかし、太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３と横桟６は電気的に別体である。このため、導通を取り電気的に一体とする。この実施形態では、後述するように、横桟６と下辺フレーム３との空間に、突起を複数個設けたアース金具を圧入して、下辺フレーム３と横桟６との導通をとっている。なお、横桟６の左右方向の連結は、連結ジョイントが横桟６の内側に嵌合し、ビスで固定されることにより行われており、同時に電気的に一体としている。

続いて、図２８及び図２９に示すように、下段の太陽電池モジュール１０を横桟６に固定した後、その横桟６に対して棟側から太陽電池モジュール１０を軒側に位置する横桟６に取り付ける。太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３側を図２８に示すように、軒側の横桟６に載置された下の段の太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１の上に載せる。すなわち、横桟６のフレーム取付部６２の上面部６６に取り付けられた下段の太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１上に、下辺フレーム３の上フランジ３１の突起部３１ａを載せる。そして、図２９に示すように、太陽電池モジュール１０を屋根１００側に倒して、太陽電池モジュール１０を落とし込み、上フランジ４１を介して横桟６のフレーム取付部６２を下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込み、上辺フレーム４と下辺フレーム３とを固定する。そして、棟側の横桟６のフレーム取付部６２の上面部６６に上辺フレーム４の上フランジ４１を載せる。その後、太陽電池モジュール１０を軒側に寄せる。

この作業の際には、作業者は背中を棟側に向けて屋根１００上に乗り、太陽電池モジュール１０を軒側に向かって保持してはめ込めばよい。背中を棟側に向けて作業することで、作業者は屋根１００上でバランスがとりやすく作業性がよい。

また、同様にして以降の太陽電池モジュール１０もケーブル１ｆ、１ｆを接続しながら同様に取り付ける。各段の太陽電池モジュール１０の結線が終わった時点で、位置の微調整を行う。その後、前述と同様に、太陽電池モジュール１０の上辺フレーム４の上フランジ４１と横桟６とをねじ７で固定する。

全ての太陽電池モジュール１０を設置した後、図３０、図３１に示すように、最上段の横桟６に棟カバー１７の上下フランジで横桟６上の上辺フレーム４の上フランジ４１を挟み込んで固定した後、棟カバー１７をねじ８で固定する。

図３２、図３３に示すように、横桟６と太陽電池モジュール１０の軒側の隙間、即ち、横桟６と下辺フレーム３との隙間にアース金具１９を差し込み、横桟６と下辺フレーム３を電気的に一体化する。

最後に、図３７、図３８に示すように、横桟カバー１８を横桟６の端部にねじ１８ａを用いて固定して、屋根１００上に太陽光発電装置が設置される。

図３４ないし図３６に従い、横桟６と下辺フレーム３との間のアース金具１９の取り付けにつき説明する。図３６に示すように、アース金具１９は、横桟６と下辺フレーム３の隙間１９ｄに入り込む形状に形成されている。図３６に示すように、横桟６の係合部６７の下方部と下辺フレーム３の下フランジ３４の間には、逆三角形状の隙間１９ｄが形成されている。この隙間の逆三角形形状に合わせたＵの字状にアース金具１９が形成されている。そして、図３４、３５に示すように、アース金具１９の表面には、複数の爪部１９ａが設けられている。横桟６と下辺フレーム３の間の隙間１９ｄにアース金具１９を差し込むと、アース金具１９の爪部１９ａが横桟６と下辺フレーム３にそれぞれ食い込んで取り付けられ、横桟６と下辺フレーム３とが電気的に一体化される。

次に、本発明の第２の実施形態について、図３９及び図４０に従い説明する。図３９は、本発明の第２の実施形態にかかる太陽光発電装置について屋根上に設置した状態を示す側面図、図４０は、本発明の第２の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。なお、第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

第１の実施形態においては、横桟６にねじで上辺フレーム４の上フランジ４１を固定している。これに対して、第２の実施形態においては、ねじを用いず、上フランジ４１を介して横桟６の係合部６７を下辺フレーム３の上下フランジ３１、３４で挟み込み、その挟み込む締め付け力で、上辺フレーム４と下辺フレーム３とを固定したものである。挟み込む締め付け力が大きくなるように、上下フランジ３１、３４の間の寸法を規定すれば、ねじでの固定を省略しても十分な押付荷重、浮き上がり荷重等に対する強度を得ることが出来る。ねじの固定を省略できれば、作業性が向上する。また、上辺フレーム４並びに横桟６がアルミ部材で形成されている場合には、表面に絶縁被覆が形成されているので、直接上フランジ４１と横桟６の上面部６６との間の接触ではアースを取ることができない。そこで、上面部６６と上フランジ４１との間に歯つき座金（star washer）を介して接続してアース接続するか、太陽電池モジュール１０１枚当たりに１本のねじで接続してアースを取るように構成すればよい。

次に、本発明の第３の実施形態について、図４１に従い説明する。図４１は、本発明の第３の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。なお、第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

この図４１に示す実施形態は、横桟６の係合部６７に凹部６７ｃを設けておらず、テーパー面６７ａから根元部の当接部６７ｂまで連続した面に形成されている。このように、連続した面に形成すると、太陽電池モジュール１０の下辺フレーム３のフランジ３４が回転して落とし込まれるときにスムーズに根元部まで入り込む。

次に、本発明の第４の実施形態について、図４２に従い説明する。図４２は、本発明の第４の実施形態にかかる太陽光発電装置における太陽電池モジュールのフレーム、横桟を示す要部拡大断面図である。なお、第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

この図４２に示す実施形態は、上辺フレーム４の上フランジ４１と下辺フレーム３の上フランジ３１の先端には、突起を設けていない。本実施形態では、突起を設けずに、面で上辺フレーム４の上フランジ４１と下辺フレーム３の上フランジとを当接させて、挟み込むように構成している。面で挟み込むことにより、浮き上がり荷重の際に、太陽電池モジュール１０が上方に回転することが抑制される。

なお、図４２に示す実施形態は、係合部６７に凹部６７ｃは設けていないが、凹部６７ｃを設けても良い。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュール、この太陽電池モジュールを建物の屋根上に設置して太陽光発電を行う太陽光発電装置、太陽電池モジュールを支持するために有用な架台などの分野に有効である。

１ 太陽電池パネル
３ 下辺フレーム
３１ 上フランジ
３４ 下フランジ
４ 上辺フレーム
４１ 上フランジ
５ 側辺フレーム
６ 横桟
６２ フレーム取付部
６６ 上面部
６７ 係合部
６７ａ テーパー面
６７ｂ 当接面
６７ｃ 凹部
７ ねじ
１０ 太陽電池モジュール

Claims (8)

1. フレーム取付部が設けられた一対の横桟間に設置される太陽電池モジュールであって、
   矩形状の太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの上辺に取り付けられ前記フレーム取付部の上面部に載置される上フランジを有する上辺フレームと、
   前記太陽電池パネルの下辺に取り付けられ、軒側に延びる上下フランジを有し、軒側に配置された太陽電池モジュールの前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において前記上下フランジで挟み込む下辺フレームと、
   を備える太陽電池モジュール。
2. 前記下辺フレームの上下フランジ間の間隔は、前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において前記上下フランジで挟み込んだ際にしまりばめを構成する寸法にされている、
   請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記上辺フレームの上フランジの先端に上方部に延びる突起が形成され、前記下フレームの上フランジの先端に下方部に延びる突起が形成されている、
   請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 建物の屋根上に設置される太陽光発電装置であって、
   フレーム取付部が設けられた横桟と、
   矩形状の太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの上辺に取り付けられ前記フレーム取付部の上面部に載置される上フランジを有する上辺フレームと、前記太陽電池パネルの下辺に取り付けられ、軒側に延びる上下フランジを有する下辺フレームと、を備える太陽電池モジュールと、を有し、
   前記一対の横桟を所定間隔で屋根上に設置し、軒側に配置された太陽電池モジュールの前記上辺フレームの上フランジが前記取付部の上面部に載置され、棟側の太陽電池モジュールの下辺フレームの上下フランジで前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において挟み込んで固定する、
   太陽光発電装置。
5. 前記下辺フレームの上下フランジ間の間隔は、前記上辺フレームの上フランジを前記取付部において前記上下フランジで挟み込んだ際にしまりばめを構成する寸法にされている、
   請求項４に記載の太陽光発電装置。
6. 前記横桟は、中空構造の本体部の上方に連接して前記取付部が設けられ、前記取付部は、前記上辺フレームの上フランジが載置される上面部と、棟側方向に前記下辺フレームの上下フランジと係合するために棟側に突出した係合部とを有する、
   請求項４または請求項５に記載の太陽光発電装置。
7. 前記上辺フレームの上フランジの先端に上方部に延びる突起が形成され、前記下辺フレームの上フランジの先端に下方部に延びる突起が、前記下辺フレームの下フランジの先端に上方部に延びる突起がそれぞれ形成されている、
   請求項６に記載の太陽光発電装置。
8. 前記係合部は、棟側から軒側に向けてテーパー面と前記下辺フレームの下フランジの下突起と当接する当接面と、前記テーパー面と当接面との間に設けられる凹部と、が設けられている、
   請求項７に記載の太陽光発電装置。

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